一种改善高硼不锈钢热加工性能以及室温塑性的方法与流程

本发明属于冶金材料技术领域，特别涉及一种改善高硼不锈钢热加工性能以及室温塑性的方法。

背景技术：

硼元素具有良好的中子吸收能力，其吸收中子之后，只产生约0.5Mev的软γ光子和很容易被吸收的α粒子；硼添加到不锈钢中可得到乏燃料贮存格架及运输容器用的功能材料，能有效保证核燃料深度处于次临界安全阀度，确保乏燃料存贮、运输的安全性，保障相关作业人员的安全。

硼在γ-Fe中的固溶度很小，1000℃时仅为33 ppm，往钢中添加过量的硼，会导致大量含有硬脆性硼化物的共晶组织沿着基体晶界析出，恶化不锈钢的热加工性能；硼含量越高，钢中大块共晶硼化物的含量越多，其热加工性会更差，采用常规热轧工艺进行制备，变形过程中会发生严重的边裂，而且高硼不锈钢板强度高，塑性低，其再加工及成型性能很差。

目前制备高硼不锈钢的主要方法是粉末冶金法，其主要制备步骤为：使用氩气保护气雾法制取不锈钢粉末后进行烧结成型，之后再进行热/冷加工得到高硼不锈钢板；但是粉末冶金法制备高硼不锈钢的烧结过程一般采用热等静压处理，使得整个制备的工艺流程周期较长，制备成本较为高昂。

技术实现要素：

针对现有高硼不锈钢在热轧过程中因其热加工性能差所导致的严重边裂的问题，本发明提供一种改善高硼不锈钢热加工性能以及室温塑性的方法，通过焊接的方式将奥氏体不锈钢板覆在高硼不锈钢方坯的上、下面，热轧过程中奥氏体不锈钢层能有效抑制高硼不锈钢层边部裂纹的产生和扩展，得到的高硼不锈钢复合热轧板仅发生轻微边裂。

实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：

1、冶炼钢水，通过模铸的方式得到高硼不锈钢铸锭，其化学成分按质量百分比为Cr 17.0~19.5%，Ni 12.0~15.0%，Mn 1.5~2.0%，B 1.75~2.25%，C＜0.08%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

2、使用锯床、铣床及磨床对高硼不锈钢铸锭进行切割及表面精加工，得到表面平整光亮，粗糙度Ra＜0.8um的高硼不锈钢方坯；

3、使用锯床、铣床及磨床对奥氏体不锈钢板进行切割及表面精加工，得到表面平整光亮，粗糙度Ra＜0.8um的奥氏体不锈钢板，且其长度和宽度尺寸与高硼不锈钢方坯相同；其中奥氏体不锈钢板的化学成分按质量百分比为Cr 17.0~19.5%，Ni 12.0~15.0%，Mn 1.5~2.0%，C＜0.08%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

4、使用丙酮、酒精试剂对高硼不锈钢方坯和奥氏体不锈钢板的表面进行清洗，除去污染物；

5、将清洗后的两块厚度相同的奥氏体不锈钢板分别置于高硼不锈钢方坯的上、下面并对齐，每块奥氏体不锈钢板的厚度与高硼不锈钢方坯的厚度之比为1/10~1/2，然后在压力P＜5.0Pa的真空条件下沿坯料接触面四周进行焊接，形成不间断焊缝，得到复合坯料；

6、将复合坯料放入加热炉随炉升温至1130~1150℃，并保温20~60min，然后进行4~10道次热轧，热轧开轧温度为1100~1120℃，终轧温度为900~1000℃，每道次热轧的压下率为10~30%，总压下率为80~98%，得到的复合热轧板的厚度为2.5~6.0mm；

7、将复合热轧进行固溶处理，固溶处理温度为1000~1100℃，保护气氛为氩气，保温时间为10~60 min，冷却方式为水淬，得到高硼不锈钢复合板。

上述的高硼不锈钢复合板室温拉伸的延伸率为13.0~16.0%。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

本发明与粉末冶金法制备高硼不锈钢工艺相比，具有工艺流程短、工序少，能显著降低生产能耗和成本的优点；与传统热轧流程相比，热轧过程中仅发生轻微边裂，复合板的奥氏体不锈钢层与高硼不锈钢层结合良好，结合界面无裂纹，大幅提高成材率和生产效率；所制备的不锈钢复合板的室温塑性优良，室温延伸率明显提高。

在本发明中，为了保证奥氏体不锈钢板和高硼不锈钢方坯在后续的热轧变形过程中能有效结合起来，使用铣床、磨床对其进行表面精加工，保证表面平整光亮无氧化铁皮，表面粗糙度Ra＜0.8um，之后再使用丙酮及酒精溶液对接触面进行清洗，除去表面的污染物，保证相应的接触面的平整度和洁净度；同时为了防止加热及热轧过程复合板坯料的结合界面的发生氧化，在压力P＜5.0Pa的真空条件下沿坯料接触面四周进行焊接，形成不间断焊缝；高硼不锈钢方坯和奥氏体不锈钢板的厚度比以及热轧的压下率控制会影响高硼不锈钢的边裂程度，为了减轻高硼不锈钢复合板在热轧过程的边裂程度，每块奥氏体不锈钢板厚度与高硼不锈钢方坯的厚度之比为1/10~1/2，高硼不锈钢复合板的力学性能与奥氏体不锈钢包覆层和高硼不锈钢芯层间的结合界面的结合强度有关，结合强度的提高有助于改善其室温延伸率，故将高硼不锈钢复合热轧板进行固溶处理，得到最终的高硼不锈钢复合板。

本发明的方法生产流程短、生产成本低，通过焊接的方式将奥氏体不锈钢板覆在高硼不锈钢方坯的上、下面，热轧过程中奥氏体不锈钢层能有效抑制高硼不锈钢层边部裂纹的产生和扩展，得到的高硼不锈钢复合热轧板仅发生轻微边裂；而且，在室温拉伸过程中奥氏体不锈钢层对高硼不锈钢层有几何约束的作用，可有效延缓高硼不锈钢层发生塑性失稳，所以，最终得到的高硼不锈钢复合板具有较为优良的室温塑性。

附图说明

图1为本发明的改善高硼不锈钢热加工性能以及室温塑性的方法流程示意图；

图中：1、奥氏体不锈钢板，2、高硼不锈钢方坯，3、焊缝，4、复合坯料，5、热轧机；

图2为本发明实施例1所制备的高硼不锈钢复合热轧板（a）与对比例1所制备的热轧板（b）的外观照片图；

图3为本发明实施例1的高硼不锈钢复合板的显微组织，其中左侧部分为高硼不锈钢层，右侧部分为奥氏体不锈钢层。

具体实施方式

本发明的工艺过程如图1所示。

本发明实施例中观测显微组织采用JEOL JXA-8530F型电子探针。

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

冶炼钢水，通过模铸的方式得到高硼不锈钢铸锭，其化学成分按质量百分比为Cr 18.5%，Ni 13.9%，Mn 1.81%，B 2.11%，C 0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

使用锯床、铣床及磨床对高硼不锈钢铸锭进行切割及表面精加工，得到表面平整光亮，粗糙度Ra＜0.8um的高硼不锈钢方坯；

使用锯床、铣床及磨床对奥氏体不锈钢板进行切割及表面精加工，得到表面平整光亮，粗糙度Ra＜0.8um的奥氏体不锈钢板，且其长度和宽度尺寸与高硼不锈钢方坯相同；其中奥氏体不锈钢板的化学成分按质量百分比为Cr 18.3%，Ni 13.9%，Mn 1.81%，C 0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

使用丙酮、酒精试剂对高硼不锈钢方坯和奥氏体不锈钢板的表面进行清洗，除去污染物；

将清洗后的两块厚度相同的奥氏体不锈钢板分别置于高硼不锈钢方坯的上、下面并对齐，每块奥氏体不锈钢板的厚度与高硼不锈钢方坯的厚度之比为1/5，然后在压力P＜5.0Pa的真空条件下沿坯料接触面四周进行焊接，形成不间断焊缝，得到复合坯料；

将复合坯料放入加热炉随炉升温至1130℃，并保温60min，然后进行7道次热轧，热轧开轧温度为1100℃，终轧温度为950℃，每道次热轧的压下率为10~30%，总压下率为90%，得到的复合热轧板的厚度为3.3mm，热轧过程中高硼不锈钢仅发生轻微边裂，结果如图2（a）所示，复合板的奥氏体不锈钢层与高硼不锈钢层结合良好，结合界面无裂纹，结果如图3所示；

将复合热轧进行固溶处理，固溶处理温度为1000℃，保护气氛为氩气，保温时间为60 min，冷却方式为水淬，得到高硼不锈钢复合板，室温拉伸的延伸率为15.5%。

实施例2

方法同实施例1，不同点在于：

（1）高硼不锈钢铸锭的化学成分按质量百分比为Cr 17.0%，Ni 15.0%，Mn 1.5%，B 2.25%，C 0.07%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

（2）奥氏体不锈钢板的化学成分按质量百分比为Cr 17.0%，Ni 15.0%，Mn 1.5%，C 0.07%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

（3）每块奥氏体不锈钢板的厚度与高硼不锈钢方坯的厚度之比为1/2，然后在压力P＜5.0Pa的真空条件下沿坯料接触面四周进行焊接，形成不间断焊缝，得到复合坯料；

（4）将复合坯料放入加热炉随炉升温至1150℃，并保温20min，然后进行10道次热轧，热轧开轧温度为1120℃，终轧温度为900℃，每道次热轧的压下率为10~30%，总压下率为98%，得到的复合热轧板的厚度为2.5mm，热轧过程中高硼不锈钢仅发生轻微边裂；

（5）将复合热轧进行固溶处理，固溶处理温度为1100℃，保护气氛为氩气，保温时间为10min，冷却方式为水淬，得到高硼不锈钢复合板，室温拉伸的延伸率为16.0%。

实施例3

方法同实施例1，不同点在于：

（1）高硼不锈钢铸锭的化学成分按质量百分比为Cr 19.5%，Ni 12.0%，Mn 2.0%，B 1.75%，C 0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

（2）奥氏体不锈钢板的化学成分按质量百分比为Cr 19.5%，Ni 12.0%，Mn 2.0%，C 0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

（3）每块奥氏体不锈钢板的厚度与高硼不锈钢方坯的厚度之比为1/10，然后在压力P＜5.0Pa的真空条件下沿坯料接触面四周进行焊接，形成不间断焊缝，得到复合坯料；

（4）将复合坯料放入加热炉随炉升温至1140℃，并保温40min，然后进行5道次热轧，热轧开轧温度为1150℃，终轧温度为1000℃，每道次热轧的压下率为10~30%，总压下率为80%，得到的复合热轧板的厚度为6.0mm，热轧过程中高硼不锈钢仅发生轻微边裂；

（5）将复合热轧进行固溶处理，固溶处理温度为1050℃，保护气氛为氩气，保温时间为30 min，冷却方式为水淬，得到高硼不锈钢复合板，室温拉伸的延伸率为13.0%。

对比例1

方法同实施例1，不同点在于：

不使用奥氏体不锈钢板与高硼不锈钢方坯焊接，直接对高硼不锈钢方坯进行热轧和固溶处理，高硼不锈钢在热轧过程发生严重边裂，结果如图2（b）所示，获得的高硼不锈钢板室温拉伸的延伸率为6.5%。

对比例2

方法同实施例1，不同点在于：

每块奥氏体不锈钢板的厚度与高硼不锈钢方坯的厚度之比为1/12；

将复合坯料放入加热炉随炉升温加热至1100℃，并保温30min；

热轧开轧温度为1050℃，轧制7个道次，每道次热轧的压下率为10~30%，总压下率为92.8%，终轧温度为920℃，得到厚度为5mm的高硼不锈钢复合热轧板；发生严重边裂；

固溶处理温度为980℃，保护气氛为氩气，保温时间为50min，冷却方式为水淬，高硼不锈钢成品板的室温拉伸延伸率仅为8%。